KR100878661B1

KR100878661B1 - 연료전지 차량의 슈퍼캡 방전 시스템

Info

Publication number: KR100878661B1
Application number: KR1020070070575A
Authority: KR
Inventors: 김성재
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2007-07-13
Filing date: 2007-07-13
Publication date: 2009-01-15

Abstract

본 발명은 연료전지 차량의 슈퍼캡 방전 시스템에 관한 것으로서, 연료전지 스택의 전원을 모터 제어부가 인가하여 모터를 구동시키도록 작동하는 제 1 릴레이와, 상기 모터에서 생성된 전기 에너지를 슈퍼캡에 저장할 수 있도록 작동하는 제 2 릴레이와, 브레이킹 저항을 이용하여 상기 슈퍼캡에 충전된 전기 에너지를 소모시킬 수 있도록 작동하는 제 3 릴레이로 구성된 PDU; 상기 PDU의 제 1 내지 제 3 릴레이의 작동을 제어하되, 상기 PDU의 제 3 릴레이를 작동시켜 상기 슈퍼캡의 전기 에너지를 브레이킹 저항을 이용하여 소모시킬 수 있도록 제어하는 제어부(ECU); 및 상기 제어부에 상기 슈퍼캡의 방전 신호를 보내는 슈퍼캡 방전 스위치;를 포함하여 구성됨으로써, 운전자가 필요시 방전 스위치를 작동하여 고전압이 저장된 슈퍼캡의 에너지를 소모시킴으로써 고전압에 의한 인명 상해를 줄일 수 있는 효과가 있다.

연료전지 시스템, 슈퍼캡, 릴레이, 방전 스위치

Description

연료전지 차량의 슈퍼캡 방전 시스템{System for discharging super capacitor of fuel cell vehicle}

본 발명은 연료전지 차량의 슈퍼캡 방전 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고전압의 에너지가 저장된 슈퍼캡의 방전시킬 수 있도록 하는 연료전지 차량의 슈퍼캡 방전 시스템에 관한 것이다.

첨부된, 도 1은 종래의 연료전지 시스템을 나타낸 구성도이다.

도 1을 참조하여, 연료전지 차량의 종래의 연료전지 시스템의 작동 상태를 살펴보면 다음과 같다.

모터(500)를 구동할 때에는 PDU(Power Disconnect Unit, 100)의 제 1 릴레이(110)를 온(on)시킨 후 연료전지 스택(300)의 전원을 MCU(Motor Control Unit, 400)로 인가하여 MCU(400)를 통해 모터(500)를 구동시킨다.

회생 제동할 때에는 제 1 릴레이(110)를 오프(off)시키고, 제 2 릴레이(120)를 온(on)시킨 후 모터(500)에서 생성된 에너지를 슈퍼캡(Super Capacitor, 600)에 저장한다. 그리고, 슈퍼캡(600)이 만충전되었을 때, 제 3 릴레이(130)를 온(on)시키면, 슈퍼캡(600)의 에너지를 초퍼(Chopper, 700)를 통하여 브레이킹 저항(800)으 로 보내며 브레이킹 저항(800)에서 소모시킨다.

또한, 가속시의 작동 상태를 살펴보면, 제 1 릴레이(110) 및 제 2 릴레이(120)를 온(on)하여 연료전지 스택(300) 및 슈퍼캡(600)의 에너지를 MCU(400)에 전달하여 모터(500)의 파워를 증가시킨다.

한편, PDU(100)내의 제 1 릴레이 내지 제 3 릴레이(110, 120, 130)의 온(on)/오프(off) 제어는 ECU(Electronic Control Unit, 200)가 담당한다.

이와 같이, 연료전지 시스템의 슈퍼캡(600)은 충전과 방전을 반복하면서 모터(500)의 파워를 증가시키는 역할을 수행하므로, 운전 완료 후에는 항상 평균 500V이상의 충전 전압이 존재한다.

일반 차량의 경우 차량 정차시 배터리 외에는 에너지 저장 단품이 없어 차량의 수리, 정비 등의 작업시 배터리(-) 단자를 제거 후 작업 수행이 가능하였으나, 연료전지 시스템를 가진 연료전지 차량의 경우 슈퍼캡 단품에 고전압의 에너지가 존재하여 차량 수리 등의 작업시 고전압에 의한 인명 상해가 발생할 수 있다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 차량 수리 작업시 등 필요시마다 슈퍼캡에 저장된 고저압의 전기 에너지를 브레이킹 저항을 이용하여 소모시킬 수 있도록 하는 연료전지 차량의 슈퍼캡 방전 시스템을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 연료전지 스택의 전원을 모터 제어부가 인가하여 모터를 구동시키도록 작동하는 제 1 릴레이와, 상기 모터에서 생성된 전기 에너지를 슈퍼캡에 저장할 수 있도록 작동하는 제 2 릴레이와, 브레이킹 저항을 이용하여 상기 슈퍼캡에 충전된 전기 에너지를 소모시킬 수 있도록 작동하는 제 3 릴레이로 구성된 PDU; 상기 PDU의 제 1 내지 제 3 릴레이의 작동을 제어하되, 상기 PDU의 제 3 릴레를 작동시켜 상기 슈퍼캡의 전기 에너지를 브레이킹 저항을 이용하여 소모시킬 수 있도록 제어하는 제어부(ECU); 및 상기 제어부에 상기 슈퍼캡의 방전 신호를 보내는 슈퍼캡 방전 스위치;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 슈퍼캡 방전 시스템을 제공한다.

상기 슈퍼캡 방전 스위치는 운전자 측에 설치되며, 상기 슈퍼캡 방전 스위치를 3초 이상 누름시 방전 신호를 받은 상기 제어부가 상기 슈퍼캡을 방전할 수 있도록 상기 PDU를 제어하는 것을 특징으로 한다.

상기 제어부는 상기 슈퍼캡의 전기 에너지 소모됨을 확인할 수 있도록 클러 스터 상의 작동등 및 SOC와 연결 설치되며, 방전 후 상기 클러스터 상의 작동등이 소등되는 동시에, 상기 SOC의 충전량의 표시가 감소되는 것을 특징으로 한다.

상기 슈퍼캡이 50V 이하로 전압이 감소하였을 때, 작동이 정지되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시 예에 따른 연료전지 차량의 슈퍼캡 방전 시스템은 운전자가 필요시마다 슈퍼캡 방전 스위치를 작동하여 고전압이 저장된 슈퍼캡의 에너지를 소모시킴으로써 고전압에 의한 인명 상해를 줄일 수 있는 효과가 있다.

이하에서는 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 연료전지 차량의 슈퍼캡 방전 시스템에 대해 상세히 설명하기로 한다.

첨부된, 도 2는 본 발명에 따른 연료전지 차량의 슈퍼캡 방전 시스템의 실시예를 나타낸 구성도이고, 도 3은 본 발명에 따른 SOC의 실시 예를 나타낸 도면이다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 연료전지 시스템에서 모터를 구동할 때에는, PDU(Power Disconnect Unit, 30)의 제 1 릴레이(31)를 작동시켜 연료전지 스택(60)의 전원을 모터 제어부(MCU, 70)로 인가하고 상기 모터 제어부(70)에서 모터(80)를 구동시키도록 한다.

또한, 회생 제동할 때에는 제 2 릴레이(32)를 작동시켜 상기 모터(80)에서 생성된 전기 에너지를 슈퍼캡(Super Capacitor, 50)에 저장시킨다. 그리고, 슈퍼 캡(50)에 전기 에너지가 만충전되었을 때에는 제 3 릴레이(33)를 작동시켜 남는 전기 에너지를 브레이킹 저항(90)을 이용하여 소모시키도록 한다.

종래의 연료전지 시스템과 마찬가지로 상기 제 1 내지 제 3 릴레이(31, 32, 33)의 온(on)/오프(off)는 제어부(ECU, 20)가 제어한다.

이러한 구성에 덧붙여서 본 발명의 연료전지 차량의 슈퍼캡 방전 시스템은 슈퍼캡 방전 스위치(10)가 연결 설치되어 슈퍼캡의 방전이 필요할 때마다 슈퍼캡 방전 스위치(10)로부터 방전 신호를 받은 제어부(20)가 슈퍼캡(50)을 방전시키도록 구성된다.

상기 슈퍼캡 방전 스위치(10)는 차량 내부에 운전자가 편리하게 작동할 수 있는 위치에 설치되며, 상기 슈퍼캡 방전 스위치(10)를 누르면 방전 신호가 제어부(20)에 보내지고, 제어부(20)는 제 1 내지 제 3 릴레이(31, 32, 33)를 제어하여 슈퍼캡(50)의 방전이 이루어지도록 한다.

더 나아가, 상기 슈퍼캡 방전 스위치(10)가 잘못 눌러지는 경우를 방지하기 위하여, 슈퍼캡 방전 스위치(10)를 3초 이상 누를 경우에만 제어부(20)가 슈퍼캡(50)의 방전을 수행하도록 설정하는 것이 더욱 바람직하다.

상기 슈퍼캡 방전 스위치(10)로부터 방전 신호를 받은 상기 제어부(20)는 잔류 전류가 충전된 슈퍼캡(50)의 전기 에너지가 브레이킹 저항(90)을 통하여 소모될 수 있도록 제어한다.

즉, 상기 슈퍼캡 방전 스위치(10)의 신호를 받은 상기 제어부(20)는 상기 PDU(30)를 제어하여 제 1 릴레이(31) 및 제 2 릴레이(32)를 오프(off)시키고, 제 3 릴레이(33)를 온(on)시킨다. 상기 제 3 릴레이(33)가 작동되면, 슈퍼캡(50)에 저장된 고압의 전기 에너지는 초퍼(Chopper, 95)를 통해서 브레이킹 저항(90)으로 보내지며, 브레이킹 저항(90)에서 소모된다.

또한, 상기 제어부(20)는 슈퍼캡(50)의 전기 에너지가 소모된 후 그 결과를 알아볼 수 있도록 클러스터 상의 작동등(41) 및 SOC(State Of Charge, 43)와 연결 설치된다.

차량 내부에 설치된 상기 클러스터 상의 작동등(41)이 소등되는 동시에, 도 3에 도시된 바와 같이, SOC(43)의 충전량 게이지(gauge) 표시가 500V에서 50V로 감소되는 것을 볼 수 있다.

상기 제어부(20)는 상기 슈퍼캡(50)의 전기 에너지가 소모됨을 상기 클러스터 상의 작동등(41) 및 SOC(43)를 통하여 확인할 수 있도록 상기 클러스터 상의 작동등(41) 및 SOC(43)를 제어하며, SOC(43)의 충전량 표시에서 슈퍼캡(50)의 전압이 50V 이하로 떨어졌을 때 슈퍼캡(50)의 방전이 멈추도록 제 3 릴레이(33)를 오프(off)시킨다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 실시 예에 따른 연료전지 차량의 슈퍼캡 방전 시스템의 작동 상태를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

첨부된, 도 4는 도 2의 슈퍼캡 방전 시스템이 슈퍼캡 방전을 수행중일 때의 작동 상태를 나타낸 구성도이다.

슈퍼캡을 방전시키기 위해서는, 차량 정차시 파킹 브레이크(parking brake)를 온(on)시킨 후, 운전자가 슈퍼캡 방전 스위치(10)를 3초 이상 누른다. 또한, 차 량의 수리, 정비 등의 작업시 차량 정차 후 시동 오프(off) 이전에 슈퍼캡 방전 스위치(10)를 3초 이상 누른다.

슈퍼캡 방전 스위치(10)로부터 방전 신호를 받은 제어부(20)는 PDU(30)를 제어하는 바, 제 1 릴레이(31) 및 제 2 릴레이(32)의 작동을 오프(off)시키고, 제 3 릴레이(33)의 작동을 온(on)시킨다.

슈퍼캡 방전 스위치(10)의 신호에 따라 제 3 릴레이(33)가 작동되면, 슈퍼캡(50)에 저장된 고압의 전기 에너지는 초퍼(Chopper, 95)를 통해서 브레이킹 저항(90)으로 보내지며, 브레이킹 저항(90)에서 소모된다.

슈퍼캡(50)의 전기 에너지가 소모된 후, 클러스터 상의 작동등(41) 및 SOC(43)를 통하여 이를 확인할 수 있는 바, 클러스터 상의 작동등(41)이 소등되는 동시에 작동하는 SOC(43)의 충전량이 500V에서 50V로 감소되는 것을 볼 수 있다.

그리고, 50V 이하로 슈퍼캡(50)의 전압이 떨어지면, 슈퍼캡(50)의 방전 시스템 작동은 정지된다.

이와 같이, 본 발명에 따른 슈퍼캡 방전 시스템에 의해 정차시 또는 수리, 정비시에 슈퍼캡의 전압을 50V 이하로 떨어뜨릴 수 있으므로, 종래의 고전압으로 인한 인명 상해를 방지할 수 있다.

한편, 본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 않으며, 특허청구범위에서 청구된 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양하게 변형 실시할 수 있는 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 기재된 청구범위 내에 있게 된다.

도 1은 종래의 연료전지 시스템을 나타낸 구성도.

도 2는 본 발명에 따른 연료전지 차량의 슈퍼캡 방전 시스템의 실시 예를 나타낸 구성도.

도 3은 본 발명에 따른 SOC의 실시 예를 나타낸 도면.

도 4는 도 2의 슈퍼캡 방전 시스템이 슈퍼캡 방전을 수행중일 때의 작동 상태를 나타낸 구성도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10 : 슈퍼캡 방전 스위치 20 : 제어부

30 : PDU 31 : 제 1 릴레이

32 : 제 2 릴레이 33 : 제 3 릴레이

41 : 클러스터 상의 작동등 43 : SOC

50 : 슈퍼캡 60 : 연료전지 스택

70 : 모터 제어부 80 : 모터

90 : 브레이킹 저항

Claims

연료전지 스택(60)의 전원을 모터 제어부(70)가 인가하여 모터(80)를 구동시키도록 작동하는 제 1 릴레이(31)와, 상기 모터(80)에서 생성된 전기 에너지를 슈퍼캡(50)에 저장할 수 있도록 작동하는 제 2 릴레이(32)와, 브레이킹 저항(90)을 이용하여 상기 슈퍼캡(50)에 충전된 전기 에너지를 소모시킬 수 있도록 작동하는 제 3 릴레이(33)로 구성된 PDU(30);

상기 PDU(30)의 제 1 내지 제 3 릴레이(31, 32, 33)의 작동을 제어하되, 상기 PDU(30)의 제 3 릴레이(33)를 작동시켜 상기 슈퍼캡(50)의 전기 에너지를 브레이킹 저항(90)을 이용하여 소모시킬 수 있도록 제어하는 제어부(ECU, 20); 및

상기 제어부(20)에 상기 슈퍼캡(50)의 방전 신호를 보내는 슈퍼캡 방전 스위치(10);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 슈퍼캡 방전 시스템.
제1항에 있어서,

상기 슈퍼캡 방전 스위치(10)는 운전자 측에 설치되며, 상기 슈퍼캡 방전 스위치(10)를 3초 이상 누름시 방전 신호를 받은 상기 제어부(20)가 상기 슈퍼캡(50)을 방전할 수 있도록 상기 PDU(30)를 제어하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 슈퍼캡 방전 시스템.
제1항에 있어서,

상기 제어부(20)는 상기 슈퍼캡(50)의 전기 에너지 소모됨을 확인할 수 있도록 클러스터 상의 작동등(41) 및 SOC(43)와 연결 설치되며, 방전 후 상기 클러스터 상의 작동등(41)이 소등되는 동시에, 상기 SOC(43)의 충전량의 표시가 감소되는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 슈퍼캡 방전 시스템.
제1항에 있어서,

상기 슈퍼캡(50)이 50V 이하로 전압이 감소하였을 때, 작동이 정지되는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 슈퍼캡 방전 시스템.